Введение к работе
Актуальность проблемы. Перекисное окисление липидов (ПОЛ) - один из важнейших метаболических процессов протекающих в биологических мембранах. Низкие концентрации продуктов ПОЛ характерны для нормального функционирования клетки (Kagan, 1988). Строгая регламентация ПОЛ в мембранных структурах достигается за счет функционирования согласованной системы ферментных и неферментных механизмов контроля за содержанием активных форм кислорода, свободными радикалами и молекулярными продуктами ПОЛ. Нарушение в системе регуляции ПОЛ может явиться причиной несбалансированного развития реакций свободнорадикального окисления липидов. Увеличение концентрации продуктов ПОЛ над стационарным уровнем рассматривается как механизм повреждения мембранного аппарата нервных клеток при целом ряде патологий и нарушений ЦНС (ишемии и отеке мозга, эпилепсии, болезни Альцгей-мера и болезни Паркинсона, шизофрении, сенильной деменции, синдроме Дауна, осложнениях, вызванных действием нейролептиков и антидепресантов и т.д.), при острых нарушениях кровообращения, включая гемолитические анемии и др. В основе этих представлений лежат экспериментальные данные о мощном повреждающем действии свободнорадикальных реакций на такие важные функции нейронов как рецепция и трансмембранная передача сигнала, захват и выброс нейромедиаторов и др. (Halliwell, 1992). Очевидно, что строгая регуляция процессов ПОЛ исключительно важна для поддержания нормальной функциональной активности клетки. Сравнительно недавно было установлено, что в регуляции ПОЛ, наряду с антиоксидантными системами могут принимать участие системы трансдукции сигнала, реализующие свой эффект на уровне протеинкинаэ (Kagan et al., 1992; Пальмина и др., 1994).
Ганглиозиды являются природными компонентами мембран клеток различных органов человека и животных (Крепе, 1981), во многом определяют структурно-функциональную организацию плазматических мембран и играют существенную роль в процессах межклеточного взаимодействия (Hakomori, 1990), рецепции (Fishman, 1988; Agnati, Fuxe, 1990), пролиферации, дифференциации клеток (Hakomori, 1990), пластичности и регенерации нервных клеток (Shengrund, 1990; Langone, da-Silva,1990; Cuello, 1990) и являются модуляторами активности протеинкинаэ (Faroqul et al., 1988; Fukunaga et al., 1990).
Снижение содержания ганглиозидов в ткани мозга при старении и при различных болезнях человека, связанных с нарушением функций ЦНС (Svennerholm, 1991) является биохимическим критерием, позволяющим судить о степени деградации нервных клеток (Karpova et al., 1992). В настоящее время ганглиозиды нашли применение в ряде западных стран в качестве лекарственных веществ при лечении заболеваний, связанных с поражениями ЦНС (Massarotti, 1986). Однако, остается не ясным вопрос о механизме нормализующего действия ганглиозидов, их использования в качестве регуляторов ПОЛ и мембранопротекторов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение мем-бранопротекторной роли ганглиозидов при индукции ПОЛ in Vitro в мембранных структурах мозга и изучение действия ганглиозидов in vivo на структурно-функциональную организацию мембран мозга и эритроцитов при экспериментальной ишемии миокарда. В работе были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать динамику интенсивности ПОЛ (накопление продуктов ПОЛ, образование липидных радикалов, изменение жирнокислотного состава липидов) в мембранных структурах мозга в присутствии ганглиозидов.
-
Оценить действие ганглиозида GM1 на ПОЛ в синаптосомах мозга в присутствии ионов Са^ +, дибутирил-цАМФ, активатора (форбол-12-миристат, 13-аце-
тата (ФМА) и ингибитора (полимиксина В) протеинкиназы С.
-
Исследовать действие ганглиозида GM1 при индукции ПОЛ на /3-адреноре-цепторы и активность 3',5': фосфодиэстеразы цАМФ (ФДЭ) в синаптосомах мозга.
-
Исследовать in vivo действие суммарных ганглиозидов на накопление продуктов ПОЛ, фосфолипидный состав и активностьЫа +, К + ,-АТФазы в мембранных структурах^мозга и эритроцитов при экспериментальной ишемии миокарда.
Научная новизна. Впервые показано ингибирующее действие ганглиозидов на ПОЛ в мембранных структурах мозга. Эффект ингибирования ПОЛ (снижение накопления продуктов ПОЛ, ограничение образования липидных радикалов, защита полиеновых жирных кислот от окислительной деструкции) ганглиозидами проявляется только после их прединкубации с мембранами. Установлено, что ин-гибирующий эффект на ПОЛ зависит от концентрации ганглиозидов, носит би-фазный характер, усиливается в присутствии ионов Сг? + или ФМА. Существенно снижается при добавлении дибутирил-цАМФ и ингибитора липид-зависимых протеинкиназ - полимиксина В, полностью отсутствует после термоинактивации синаптосом и слабо выражен в липосомах. Установлено, что инактивация ФДЭ и снижение специфического уровня связывания [Зн]-дигидроальпренолола ([3Н]-ДГА) с /3-адренорецепторами синаптосом мозга, вызванные индукцией ПОЛ могут быть в значительной степени предотвращены в присутствии ганглиозида GM1. Защитный эффект ганглиозида GM1 на активность ФДЭ при индукции ПОЛ в синаптосомах обусловлен, с одной стороны, за счет ингибирования ПОЛ, а с другой стороны, за счет активации самого фермента. Это свидетельствует в пользу участия ФДЭ в усилении уровня ингибирующего действия ганглиозида GM1 за счет уменьшения внутриклеточного цАМФ.
Впервые установлено, что внутривенное введение ганглиозидов перед инициацией экспериментальной ишемии миокарда в значительной степени предотвращает накопление продуктов ПОЛ, продуктов гидролиза фосфолипидов фосфоли-пазой А2 (ФЛАз) - лизофосфатидилхолина (лизоФХ) и предохраняет Na + ,К + -АТФазу от инактивации в мембранах мозга и эритроцитов. Полученные результаты позволяют рассматривать ганглиозиды в качестве полифункциональных эндогенных мембранопротекторов биологических мембран при нарушениях, связанных с активацией свободно-радикальных реакций и ФЛА2-
Практическое значение работы. Установленная в работе способность экзогенных ганглиозидов включаться в процессы регуляции ПОЛ и стабилизировать структурно-функциональную организацию плазматических мембран позволяет рассматривать эти природные соединения в качестве полифункциональных мембранопротекторов, осуществлять эффективную профилактику и устранение повреждений при окислительном стрессе в организме.
Апробация работы: Материалы и основные положения работы были доложены на Международной конференции "Регуляция свободно-радикальных реакций" (Болгария, Варна, 1989), на 8-ом съезде Европейского нейрохимического общества (ГДР, Лейпциг, 1990), на Учредительном конгрессе Международного общества патофизиологов (Москва, 1991), на Международной конференции "Ганглиозиды: Физиология нейрональной пластичности" (Италия, Рим, 1991), на конференции Академии наук США "Клеточные, биохимические и молекулярные аспекты повреждений, вызванных реперфузией (США, Нью-Йорк, 1993), на 10-ом съезде Европейского нейрохимического общества (Израиль, Иерусалим, 1994).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 158 страницах, содер
жит 17 рисунков, 12 таблиц и состоит из введения, обзора литературы, материа
лов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения результатов,
выводов и списка цитируемой литературы, который включает в себя 210 литера
турных источников. і
4